Development of a MEMS Mirror Based Vector Graphics Projector

• Main Authors: Lindroth, Lars, Lindstedt, Martin
• Format: Others
• Language: English
• Published: KTH, Maskinkonstruktion (Inst.) 2012
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-99283

De flesta projektorer som finns på marknaden idag levererar en bild med hjälp av små färgpunkter, så kallade pixlar. Dessa projektorer är oftast avsedda för multimediabruk, exempelvis för att visa datorgrafik och filmer. Det finns dock ett problem med denna typ av teknik; när bildstorleken ökas så riskerar pixlarna att bli synliga. Detta kan i sin tur upplevas som att bildkvalitén blir sämre. Den här rapporten beskriver utvecklingen av prototyp som med en ny slags projektorteknik. Denna använder sig inte av traditionella pixlar, utan av vektorer som ritas upp av en laserpunkt. För att kunna styra lasern används två mikrospeglar som kan röra sig i en dimension vardera. Tillsammans ger dessa möjligheten att förflytta laserpunkten i två dimensioner. Tekniken bakom dessa speglar är fortfarande väldigt ny, vilket har resulterat i att bara tidiga prototypexemplar finns att tillgå. Eftersom detta är fallet så finns det inte heller några tydliga specifikationer eller modeller för speglarna och deras prestanda tillgänglig. För att kunna rita bilder bestående av vektorer har författarna valt att dela upp projektet i två fördjupningsområden. Det första området involverar utvecklingen av ett reglersystem för styrning av speglarna. En regulatoralgoritm har konstruerats som tillåter snabb och precis styrning av speglarna. De okontrollerade speglarnas översläng på 98% har kunnat reduceras till under 5% utan att negativt påverka stigtiden. Det andra området berör det faktum att speglarna enbart kan förflyttas en begränsad vinkel under ett givet tidsförlopp. Det har därför varit relevant att undersöka hur uppritningen av en bild kan planeras så att så många vektorer som möjligt kan ritas. Testerna som gjorts inom detta område på 128 slumpade vektorer indikerar att en planeringsalgoritm leder till att bilderna kan ritas upp till 45% snabbare än vad som hade varit fallet om ingen planeringsalgoritm använts. Den färdiga prototypen klarar av att rita enkla grafiska element såsom polygoner och cirklar. Utifall komplexiteten på bilderna ökas, så att de överskrider cirka 30 vektorer styck, så kommer bilden att upplevas som flimrande. Detta kan tyvärr uppfattas som ansträngande för betraktarens ögon. Anledningen till prototypen inte klarar av att rita mer är att speglarnas prestanda helt enkelt är för begränsad för detta användningsområde. === Most of the projector technologies that exist in the current marketplace are focused on providing a picture based on small dots of color, so called pixels. These projectors are often intended for multimedia usage, such as showing computer graphics and movies. The issue with systems like these is that the picture will appear worse when the physical size of the image is large enough to show individual pixels. This report describes the development of a prototype for a new projection system that does not use individual pixels, but rather vectors, to display graphics. Instead of representing images as pixels they are represented as lines and curves drawn by a laser. In order to deflect the laser and draw patterns, two microelectromechanical mirrors are used, each one providing deflection in one axis. The technology behind these mirrors is still in its infancy, which has led to only early prototype samples being currently available. Due to this, no data or models describing the mirrors and their performance exist. To be able to draw images consisting of vectors the authors have had to specialize in two different fields. The first field involves the development of a control system for steering the mirrors. A controller has been constructed that allows for fast and precise actuation of the mirrors. The results from this field indicate that with the help of a control algorithm, the uncontrolled mirrors’ overshoot of 98% can be reduced to below 5% without having a negative impact on the rise time. The second field deals with the fact that the mirrors have a limit of how much they can be actuated within any given timeframe. Therefore it has been relevant to examine how one can plan to draw vector images so that the amount of vectors shown can be maximized. The results from this field indicate that for images with 128 random vectors, a planning algorithm will cause the image to be drawn up to 45% faster than without any planning. The developed prototype is able to display simple graphical elements such as polygons and circles. Increasing the complexity, typically beyond 30 vectors, will unfortunately result in flickering images that strain the eyes. This is mostly due to the fact that the mirrors lack the performance that this kind of application demands.